자동차 제조는 금속 3D 프린팅 기술의 중요한 응용 분야입니다. 프로토타입의 신속한 생산을 통해 신차 연구 및 개발의 효율성을 가속화하는 것부터 소규모 배치 부품의 직접 생산, 공급망 단축 및 비용 절감에 이르기까지 3D 프린팅은 자동차 산업에서 중요한 보완 기술로 설명할 수 있습니다. 또한 복잡한 부품 제조에서 3D 프린팅의 고유한 이점은 자동차 부품 수를 단순화하고 무게를 줄이며 재료를 절약할 수 있습니다. 3D 프린팅 기술은 자동차 제조에 많은 이점이 있다고 할 수 있습니다. 즉, 이 기술은 지금까지 현장에서 널리 사용되지 않았습니다. 더 빠르고 저렴하며 더 복잡한 부품--을 만들 수 있는 능력 덕분에 미래의 자동차가 만들어질 것입니다.
자동차 산업의 적층 제조
자동차 세계에서 적층 제조의 첫 번째 채택자는 자동차 제조업체 자체가 아니라 그들이 후원하는 팀이었습니다. 수십 년 동안 Ford에서 Ferrari에 이르는 회사는 레이싱 카를 신기술 테스트를 위한 인큐베이터로 사용해 왔습니다. 현재 신차의 많은 표준 기능(하이브리드의 회생 제동, 푸시 버튼 점화, 심지어 미러)은 그 뿌리로 거슬러 올라갈 수 있습니다. 동일한 원리가 3D 프린팅, 특히 금속 프린팅에도 적용됩니다. Formula 1 팀, World Endurance Challenge Racing Team, Formula E 팀 등은 모두 적층 제조의 이점(설계의 신속한 반복, 신속한 프로토타이핑, 부품 경량화)을 직접 경험하여 성능을 향상시킬 수 있습니다. 트랙에 차량입니다.
레이저 분말 베드 융합은 소량, 고부가가치 응용 분야에 더 적합합니다(SLM 3D 인쇄)
현재까지 가장 널리 사용되는 3D 프린팅 시스템인 laser powder bed fusion은 레이저를 사용하여 부품이 제조될 때까지 얇은 금속 분말을 층별로 녹입니다. 이 기술은 금속 부품을 빠르고 정확하게 제작할 수 있으며 지난 10년 동안 자동차 제조 분야에서 널리 사용되었습니다. BMW, Ford, Volkswagen, Mercedes-Benz 등은 이 기술을 활용한 대표적인 사례를 확립하고 특정 조건에서 양산을 달성했지만, 이러한 사례에 관련된 부품의 대부분은 여전히 고급 브랜드에 국한되어 있습니다. , 총 금액은 여전히 제한되어 있습니다.
그 이유는 여전히 비용, 재료 및 속도에 대한 현장의 요구 사항과 떼려야 뗄 수 없는 관계입니다. 레이저 분말 베드 융합 장비는 전체 시스템에 대해 100만 달러 이상의 상당한 선행 투자가 필요하며 연간 1톤의 부품만 생산하므로 비용을 정당화하기에 충분하지 않습니다. 또한 3D 프린팅이 금속 부품 제조를 보다 유연하게 하지만 프린팅은 첫 번째 단계일 뿐이고 지지체 제거와 같은 일련의 후처리 공정이 필요하기 때문에 부품 비용이 더욱 높아진다.
현재까지 자동차 분야의 다양한 고부가가치 응용 분야는 레이저 분말 베드 융합 기술의 중요한 제조 이점(통합, 고정밀 및 복잡한 제조의 특성)에서 비롯됩니다. 예를 들어, General Motors는 제너레이티브 디자인과 3D 프린팅을 사용하여 자동차의 기존 시트 브래킷의 8개 구성 요소를 하나의 구성 요소로 결합했으며, Bugatti는 3D 프린팅 기술을 사용하여 새로운 Chiron 브레이크 캘리퍼를 제조했으며 Porsche 3D는 일련의 알루미늄 합금 엔진을 프린팅했습니다. 혁신적인 디자인. 쉘 프로토타입, i8 로드스터 스포츠카를 위한 BMW의 일괄 인쇄된 소프트톱 브래킷 등. 프로토타입용이든 최종 사용용이든 이러한 경우는 레이저 분말 베드 융합 기술의 고유한 제조 특성과 분리할 수 없습니다. 그러나 이러한 응용 프로그램이 매우 제한적이며 거의 모두 고급 브랜드에 속하며 이 분야의 저비용 대량 제조 요구 사항을 거의 충족하지 못하는 특징도 있습니다.
프로토타이핑을 위한 압출 기반 데스크탑 금속 3D 프린팅(FDM 3D 프린팅)
압출 기반 데스크탑 금속 3D 프린터는 먼지와 레이저 노출의 위험을 제거하고 사용하기 쉬운 엔드 투 엔드 솔루션인 사무실 친화적 디자인을 특징으로 합니다.
새로운 차량 설계 및 제조의 초기 단계에 있는 사용자를 위해 데스크탑 금속 3D 프린터는 기존의 파우더 베드 장비보다 10배 저렴하고 쉽고 빠른 조작성을 제공합니다. 이러한 시스템은 사내에서 많은 수의 부품을 신속하게 프로토타이핑하고, 다양한 아이디어를 신속하게 테스트하고, 새로운 구조적 가능성을 탐색하여 길고 값비싼 설계 주기 동안 시간과 비용을 절약할 수 있습니다. 궁극적으로 더 나은 설계를 더 낮은 개발 비용으로 제시할 수 있으며 기업은 설계 및 검증에서 생산으로 빠르게 이동하여 출시 시간을 단축할 수 있습니다. 유연한 작동성은 재료 낭비를 줄이고 기계를 작동하기 위해 전문 인력이 필요하지 않기 때문에 비용을 줄이는 데 도움이 됩니다.
3D 프린팅이 제공하는 기하학적 자유 덕분에 제조업체는 작업을 아웃소싱할 필요 없이 신속한 프로토타이핑을 만들고 새로운 피스톤 디자인을 탐색할 수 있습니다. 데스크탑 금속 프린터에서 부품 프로토타이핑을 하면 바인더 젯팅과 같은 대용량 시스템에서도 똑같이 복잡한 디자인을 생산할 수 있기 때문에 대량 생산으로 원활하게 전환할 수 있습니다.
바인더 제트 금속 3D 프린팅은 대량 부품 제조에 더 적합합니다(3DP 기술)
바인더 젯팅 공정의 가장 두드러진 특징은 금속 3D 프린팅의 대량 생산이 가능하다는 점이다. 이 공정을 기반으로 하는 장비의 가격은 기존의 레이저 3D 프린터보다 저렴하며, 프린팅 속도는 4레이저 파우더 베드 융합 장비의 수십 배, 심지어 수백 배에 이른다. 사용된 재료는 구형 분말보다 저렴한 기존 MIM 분말이며, 부품 제조 비용도 레이저 3D 프린팅 부품보다 수십 배 저렴합니다. 따라서 바인더 젯팅 공정은 부품 성능이 약간 떨어지지만 여전히 사출 성형 부품과 동일한 수준이지만 장비 비용, 분말 비용 및 인쇄 효율성 측면에서 금속 3D 프린팅을 능가합니다. 따라서 이 기술은 대량 부품 제조를 실현하는 데 더 적합합니다.
위의 장점을 바탕으로 현재 주요 자동차 OEM은 이 기술의 사용을 가속화하고 있습니다. 바인더 젯팅 메탈 3D 프린팅의 선두 개발자들은 자동차 산업의 주요 브랜드와 파트너십을 확보했습니다. 폭스바겐은 HP와 적극적으로 협력하고 있으며, 포드도 ExOne의 바인더 젯팅 기술을 사용하여 자동차 부품을 제조하고 있으며, 최근 Desktop Metal이 수상했습니다. 독일 자동차 제조업체가 수상했습니다. 790만 달러 계약이며 업계에서는 고객이 BMW 그룹일 수 있다고 추측합니다.
대량 생산이 필요한 부품의 경우 바인더 젯 메탈 3D 프린팅의 또 다른 장점은 몰드리스 제조라는 훨씬 더 두드러집니다. 이 기술을 사용하면 금형이 필요하지 않으므로 엔지니어는 데스크탑 압출 금속 3D 인쇄 또는 기존 프로토타이핑 방법을 통해 이미 개선된 설계를 바인더 제트 금속 3D 인쇄로 대량 생산할 수 있습니다. 기존의 대규모 제조 공정과 경쟁할 수 있는 인쇄 속도인 바인더 제트 금속 3D 인쇄를 사용하면 주조, 단조 및 기계 가공과 같은 공정과 경쟁할 수 있는 가격과 생산 속도로 단일 작업으로 수천 개의 부품을 생산할 수 있습니다. 저비용 MIM 분말의 사용 및 손쉬운 후처리와 결합된 이 속도는 다른 3D 프린팅 공정보다 부품당 비용이 최대 20배까지 저렴한 부품을 생산할 수 있게 하고 적층 제조를 주조를 위한 실행 가능한 옵션으로 만듭니다. 단조 및 가공. 실행 가능한 옵션입니다.
3D 프린팅 기술의 발전은 기능적 프로토타입에서 중형 생산, 애프터마켓 및 예비 부품에 이르기까지 자동차 제조 수명 주기의 모든 단계에서 새로운 기회를 창출했습니다. 그리고 이러한 기회의 대부분은 생산 속도 및 부품 복잡성 또는 둘 다와 관련이 있습니다. 기존 제조 방식에 국한되지 않기 때문에 3D 프린팅을 통해 설계자와 엔지니어는 방대한 새로운 설계 공간에 진입하여 점점 더 복잡한 부품을 생성할 수 있습니다.
최적화된 부품이 양산에 직면하게 되면 소재, 성형 효율, 가격 등이 3D 프린팅 기술의 보편화를 가로막는 제약 요인이 되고 그 장점을 반영할 수 없다. 신기술의 개발로 이러한 장벽이 무너져 최적화된 구조를 대규모로 효율적이고 경제적인 형태로 실현할 수 있게 되었습니다.